“材料科學基礎”混合式教學模式改革與建設*

張強 劉丹 肖海英

（1哈爾濱工業大學材料科學與工程學院；2哈爾濱師范大學）

社會主義現代化強國建設需要大批有理想、有本領、有擔當的高素質專門人才。本科生是高素質專門人才培養的最大群體，課程是本科生培養的核心要素，課程質量直接決定高素質人才培養質量。傳統的本科生教學理念和方法以線下實體課堂教學為主，課程考核內容和方式缺乏科學設計，導致課堂教學質量較低，學生缺乏自我管理、主動學習和自主學習的積極性，也影響了其學習效率和本科生培養質量。2019年，《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》指出：“全面開展一流本科課程建設，樹立課程建設新理念，推進課程改革創新”；“課程內容強調廣度和深度，突破習慣性認知模式，培養學生深度分析、大膽質疑、勇于創新的精神和能力”；“教學方法體現先進性與互動性，大力推進現代信息技術與教學深度融合，積極引導學生進行探究式與個性化學習。”這為新時期高等學校的本科教學工作指明了方向。

隨著信息技術的發展，將線上網絡課堂教學與線下實體課堂教學深度融合的混合式教學模式逐步得到應用。該教學模式結合了在線教學和傳統課堂教學的優勢，體現了教學方法的先進性，有助于激發學生的學習興趣和潛能，優化學生的學習效果，對于提升大學專業課程教學質量作用明顯。本文以“材料科學基礎”課程為例，探索了線上與線下混合式教學在“材料科學基礎”課程改革中的具體應用，從而充分發揮混合式教學模式在高素質本科人才培養中的重要作用。

一、“材料科學基礎”課程特點及教學中存在的問題

“材料科學基礎”是材料科學與工程專業的重要基礎理論課程，綜合利用數學、物理、化學等基礎知識來分析實際的材料問題。課程的主要內容包括材料內部的微觀結構、原子或分子在固態中的運動、材料在受力變形時組織結構的變化和恢復過程、材料組織結構的轉變規律等。通過課程的學習，讓學生掌握材料科學方面的基礎知識和基礎理論，掌握材料的成分、組織結構、制備工藝與性能之間的相互關系，具備選用適宜的理論來分析與解決實際材料問題的能力。“材料科學基礎”課程在培養學生創造性思維、綜合研究能力和材料科學與工程實踐能力方面占有重要的地位。

但是，目前的“材料科學基礎”教學中存在一些問題：

第一，“材料科學基礎”課程的知識點多、概念多、理論性強、知識面廣。在課程的總學時數有限的情況下，既要在教學中做到主次分明、重點突出，又要充分調動學生的主觀能動性。如果僅僅依靠教師的線下教學，在有限的課時內講完、講透所有知識點是非常困難的，學生學習也會有較大的難度，因此需要學生發揮其主動學習、自主學習的積極性。

第二，目前的教學中，教師主要借助多媒體，輔以黑板板書的方法。這種情況下，學生處于被動接受知識狀態，缺乏獨立思考，難以深入理解和掌握“材料科學基礎”課程的重難點內容；同時，教師易在在教學過程中過多依賴多媒體課件，忽略了學生主動思考的過程。

第三，教學中師生的互動交流不充分。“材料科學基礎”課程的目的是讓學生在掌握材料科學基礎理論的基礎上，培養學生認識問題、分析問題、解決問題的能力，因而需要在教學中采用啟發式教學、互動式討論的方式。但是由于線下課堂教學時間有限、大班授課人數較多，課程教學中長期存在重理論講授、輕互動實踐的問題，缺乏與學生的討論和交流，單純的注入式教學會嚴重阻礙培養學生的創造性思維。

二、“材料科學基礎”線上、線下融合教學模式改革

（一）混合式教學模式的內涵

混合式教學將線上、線下教學深度融合，是網絡在線教學與實體課堂教學相結合的一種教學模式，已成為當前高等教育發展的一個趨勢。國內外的混合式教學經歷了技術應用、技術整合以及“互聯網+”三個階段。在技術應用和技術整合階段，重點在于技術視角和教師視角；隨著“互聯網+”時代的到來，混合式教學逐步過渡到基于移動通信設備、網絡學習環境與課堂討論相結合，其內涵落到了學生視角，開始關注混合式學習帶給學生的改變、對學生學習的支持上。

因此，在“材料科學基礎”課程中進行線上、線下深度融合的混合式教學模式改革，不僅僅是面對面教學與在線教學的混合，更是在“以學生為中心”的學習環境下教學與輔導方式的混合。整個教學過程不僅關注如何教，更關注如何學以及學習的效果，由“教師為中心”轉向“以學生為中心”，關注學生發展、學生學習和學習成效。另一方面，在教學中將移動終端、互聯網等信息技術有機地整合到“材料科學基礎”學習活動和課程中，創建“以學生為中心”的學習環境，給學生學習提供了更大的學習自主性；同時實現了學生線上的交互式練習、作業互評以及在學習社區中的交流，增強了學生與學生、學生與學習平臺或者外部資源、學生與教師之間的互動交流，彌補了傳統線下教學的不足。

（二）“材料科學基礎”混合式教學模式的特征

基于以上分析，“材料科學基礎”采用了以MOOC+SPOC課程為基礎的線上、線下深度融合的混合式教學模式。在開設基于MOOC的SPOC基礎上，根據“材料科學基礎”課程大綱、教師教學和學生學習的需求，為學生提供個性化的、有針對性的學習環境。線上教學要求學生按照課程大綱自行學習指定的線上課程模塊，并完成相應的在線練習和評測；線下教學采取“大班講授+小班翻轉”相結合的教學模式。大班講授包括線上學習效果檢查、線上教學內容回顧、課程內容重難點剖析、典型例題講解等幾個部分；小班翻轉主要為小組研討式課堂教學，線上、線下具體教學內容不重復。

在混合式教學過程中，通過對課程教學內容進行模塊化組織和結構優化調整，采用線上自主學習、線下大班講授、線下小班討論等多種方式，強化學生對課程的理解廣度與深度。在學時分配比例上，“線上/線下”的比例為0.7，“線上/線下大班講授”的比例為0.9，這樣充分保證了線下教學環節的時長，并考慮了小班研討的必要性。

（三）“材料科學基礎”混合式教學活動設計

“材料科學基礎”混合式教學的教學活動如圖1所示，主要包括教學準備（教學內容及資源發布）、網站學習（教師引導下的自主學習）和課后知識鞏固、大班教學集中講授和小班研討課堂翻轉等幾個部分。其中，網站學習和課后知識鞏固兩部分主要通過SPOC學習平臺進行，為線上；大班教學集中講授和小班研討課堂翻轉，與學生互動討論、交流采用面對面授課的方式進行，為線下。

圖1 “材料科學基礎”混合式教學的教學活動

1.教學準備

教學準備主要是指正式上課前期的“材料科學基礎”教學內容及資源發布。在課程開始前，課程負責人根據材料科學與工程專業的培養方案規劃教學內容、制定教學計劃和教學方案。同時，按照“材料科學基礎”課程大綱指定線上的課程學習模塊，準備參考教材、文獻資料、視頻資料等教學資源，發布到課程學習網站供學生自主學習。

2.線上教學

“材料科學基礎”線上教學是整個混合式教學的必備環節和重要過程。在“材料科學基礎”課程負責人的指導下，學生在線學習指定的課程模塊，自主學習、獨立思考，并記錄課程重難點問題。同時，學生根據課程負責人布置的任務，完成線上測試并進行線上作業互評，加深對課程內容的理解和掌握，鞏固所學知識。在整個過程中，課程負責人會隨時跟進學生的學習進度，關注學生的學習成效，并在學習社區定期發布討論話題，以引導師生、生生互動討論與學習。

3.線下教學

“材料科學基礎”課程的線下教學采取“大班講授+小班翻轉”相結合的方式。

一方面，大班講授包括線上學習效果檢查、線上教學內容回顧、課程內容重難點剖析、典型例題講解等幾個部分，以檢查學生的線上學習效果，并有效加強絕大部分學生的學習深度。

另一方面，小班翻轉主要為小組研討式課堂教學，利用分組教學、分組研討的方式，化傳統課堂的被動講解、被動接受為混合式教學中的主動獲取。例如，在學習“典型的位錯交割”部分時，分為多個小組分別研討“伯氏矢量相互垂直/平行的刃型位錯的交割”“伯氏矢量相互垂直的刃型位錯和螺型位錯的交割”“伯氏矢量相互垂直的螺型位錯的交割”等內容，分組討論，并進行小組展示和組間互評，在自主討論、相互質疑、講師講解中加深理解，激發了學生學習的主動性。同時在具體執行時，每個小組人數定為3～5人，避免了小組規模較大時容易出現的紀律差、態度松懈等問題，也不會出現小組人數太少時的共有知識少、合作力量有限等不足。

（四）“材料科學基礎”混合式教學學習效果評價

基于上述的混合式教學活動，“材料科學基礎”最終的學習效果評價采用累加式的考核方法，其成績構成如表1所示。總成績包括了“平臺學習考核”“課堂考核”和“期末考試”3個組成部分，權重分別為30%、10%和60%。“平臺學習考核”為線上考核，包括在線觀看教學視頻、線上測試、線上訪問/討論活躍度等3個部分；“課堂考核”為線下考核，包括出勤情況、課堂測試、課后作業等3個部分；“期末考試”為線下考核，采用閉卷筆試的方法對學生進行終結性考核評價。這種累加式的考核方法，涵蓋了學生線上、線下學習的各個環節，能夠通過考核引導學生主動學習，激發學生自主學習的積極性。

表1 “材料科學基礎”累加式考核成績構成

促進“材料科學基礎”等專業課程改革和進行線上、線下深度融合的混合式教學，是目前材料科學與工程專業一個趨勢。以“材料科學基礎”課程作為對象，以學生為中心，將網絡在線教學與實體課堂教學的混合貫穿課程教學的全過程，不斷推進教學方法改革，才能真正實現課程教學質量的提高和本科生培養質量的提升。